Что было до Большого взрыва?
В интернете существует множество статей с подобным названием. К сожалению, в большинстве из них ответ на поставленный вопрос так и не дается. Часто все ограничивается такими выводами как: "до Большого взрыва ничего не было" или "вопрос не корректен, так как до Большого взрыва не было времени". Между тем, если подняться чуть выше привычного восприятия и углубиться в науку, то ответ на этот сложнейший вопрос все-таки можно найти!
Вопрос корректен!
Говорить, что раз не было времени, то и сам вопрос о том, что было "до" некорректен значит просто напросто уходить от проблемы. Раз времени не было, то как оно появилось? Как нулевой, неподвижный момент вдруг пришел в движение? Как же вдруг запустилось время? Наша задача - попытаться понять это хотя бы примерно, в общих чертах.
Теория струн и Большой взрыв
Ответ на данный вопрос о том что было до Большого взрыва может дать теория струн. Главная задача теории струн - понять как Вселенная устроена и функционирует сейчас. Но понять это невозможно без соприкосновения с вопросом о том, что было изначально и как все началось. Поэтому, теория струн, волей неволей, касается и проблемы изначального состояния Вселенной.
Скажем вкратце, в чем заключаются основные постулаты теории струн, необходимые для понимания состояния Вселенной "до".
"Струны" лежат в основе нашего мироздания
Согласно теории струн, наша Вселенная имеет не три привычных нам пространственных измерения, а 10 и одно временное. Но так как пространство и время взаимосвязаны, то Вселенная - это единый 11-мерный пространственно-временной континуум.
Мы видим лишь три измерения, потому что остальные "скручены" до невероятно малых размеров. Представьте себе лист бумаги А-4: он довольно широкий и длинный, но вот его высота равна всего лишь миллиметру, поэтому он такой тонкий. Т.е. лист бумаги имеет продолговатые два измерения и очень маленькое третье - высоту. Так и вся Вселенная - три ее измерения довольно большие, остальные - 7 спрятаны. 11 измерение - время, ощущается нами как движение лишь в одну сторону - вперед, поэтому его тоже можно считать "скрученным" измерением.
Ответ на главный вопрос
Так и что же нам дает теория струн для понимания изначального состояния Вселенной?
Один из самых ярких популяризаторов теории струн и науки вообще, американский физик японского происхождения М. Каку в своей книге "Гиперпространство" писал, что вероятнее всего, до Большого взрыва все измерения были равноправны. Т.е. все 11 измерений были в равной степени "широки" как и привычные нам 3. Вселенная представляла собой весьма гармоничное, пустотное 11-мерное пространство, равно протяженные во все 11 направлений. Затем произошло то, что находится пока за пределами человеческого понимания, и ткань пространства-времени разорвалась и деформировалась, в результате чего и начался известный нам Большой взрыв, три измерения остались довольно большими, еще 7 измерений скрутились до мельчайших размеров и одно (время) оказалось доступным для восприятия лишь как движение "вперед".
Мичиу Каку - выдающийся современный физик и популяризатор наук
Разрывы в ткани пространства - это вполне обычные и понятные явление в рамках теории струн. Но что именно вызвало этот первоначальный и самый глобальный разрыв пространственно-временного континуума - пока неизвестно. Но наука не дремлет и с каждым днем все ближе приближается к ответу на многие вопросы, казавшиеся ранее загадочными.
Просвещение - оно такое
Рассказал сыну про теорию струн. Пусть лучше он услышит это от меня, чем он пацанов во дворе.
Эудженио Калаби R.I.P
В математике гипотеза Калаби была гипотезой о существовании некоторых «хороших» римановых метрик на некоторых комплексных многообразиях. Описано Эудженио Калаби (1954 , 1957 ) и математически доказано Шинг-Тунг Яу (Медаль Филдса в 1982).
Гипотеза Калаби утверждает, что начиная со случая одного комплексного измерения (и двух вещественных), исходя из общей топологии и формы, где средняя кривизна равна нулю, можно найти метрику или геометрию, где кривизна везде равна нулю. Для случая высоких размерностей гипотеза Калаби конкретно указывает на кривизну Риччи (которая совпадает с гауссовой кривизной для двух вещественных измерений, но отличается от нее, если размерность выше двух), а условие равенства нулю средней кривизны Риччи заменяется условием обращения в нуль первого класса Черна. Калаби утверждал, что если топологическое условие обращения в нуль первого класса Черна выполняется, то должна существовать кэлерова метрика с нулевой кривизной Риччи. Таким образом, весьма широкое и размытое утверждение заменялось гораздо более узким и строгим — и именно поэтому большинство математиков сочли это довольно неожиданным.
Принято было считать, что никто никогда не сможет записать точное решение гипотезы Калаби за исключением разве что нескольких частных случаев. Если это предположение было правильным — что и было впоследствии доказано, — то ситуация становилась безнадежной, и тогда утверждение Калаби можно охарактеризовать как «слишком хорошее, чтобы быть правдой».
Можно провести следующую аналогию с теорией чисел. Хотя существует множество чисел, записать которые на бумаге не составляет ни малейшего труда, существует гораздо более обширный класс чисел, которые мы никогда не сможем записать в явном виде. Эти числа, называемые трансцендентными, включают в свое множество, например, e (2,718…) и π (3,1415…), запись которых даже с триллионом знаков после запятой все равно не будет полной. С технической точки зрения это происходит потому, что такие числа нельзя получить путем алгебраических преобразований и они не являются корнями полинома с рациональными коэффициентами. Ввести их можно только при помощи определенных правил, это означает, что мы можем дать сколь угодно точное и обширное их описание, но никогда — дословное.
Теория струн - Пустынное солнце
Когда тебе попадает в руки малознакомый, этнический, струнный, но очень интересный музыкальный инструмент, то сразу начинаешь на нем что-то играть, импровизировать пытаясь вслушаться в тембр. Вначале ты пробуешь играть что-то знакомое, мол, вот тут что-то слышал, там что-то видел. Потом импровизируешь, пробуешь разные лады, а так же разные приемы: пальцами, медиатором, теппингом и тд . Пробуешь засунуть в DAW и как нибудь обработать реверком, октавером или (омг) дисторшном. Не, ну а чё. Пробуешь пильнуть какой нибудь запил, как на гитаре - как не то. На таком инструменте не хочется играть много нот в небольшой отрезок времени. Вот моё личное знакомство с бузуки - это как раз вот эта тема, которая почти сразу и родилась. Собирательный образ того, что я слышал. Что-то восточное, что-то жаркое и и выразительное и немного знакомое. С вокализами, какими то магиями и прочими делами. Одно время стояла эта тема на звонке у моего кума, что несомненно меня радовало, как автора)
Ответ на пост «ER=EPR»
Извините, но не понравилось мне Ваше изложение гипотезы ER=EPR. Решил своё сделать.
1. Рассмотрим тело (для простоты - элементарную частицу), падающее на чёрную дыру. Вроде ничего страшного, но если задуматься о всём пути этой частицы, то получается что-то вроде верёвки с одним концом. Несимметрично и математически некрасиво. Поэтому возникла гипотеза о том, что частица, влетевшая в чёрную дыру, может куда-нибудь вынырнуть, вылетев из какой-нибудь другой чёрной дыры. Это не единственный возможный вариант решения проблемы "верёвки с одним концом", он далеко не бесспорный и не общепризнанный, но у него есть название: мост Эйнштейна-Розена.
2. В квантовой механике существует проблема запутанных частиц, которые, несмотря на разделяющее их расстояние, ведут себя как одно целое. В шуточном изложении: "Если у тебя есть пара носков, и ты один из них надел на левую ногу, то другой носок, как бы далеко от тебя он ни находился, немедленно становится правым". Шутки шутками, но элементарные частицы реально себя так ведут: добравшись до "второго носка", можно убедиться, что он надет на чью-то ногу, причём именно на правую. В какой-то момент в ходе дискуссии между физиками был предложен мысленный эксперимент: что будет, если у одной запутанной частицы измерить координаты, а у другой импульс, и не приведёт ли это к нарушению принципа неопределённости? Этот вопрос был назван парадоксом Эйнштейна-Подольского-Розена. Позднее такой эксперимент был проведён, результаты совпали с предсказаниями квантовой механики, но понятнее не стало.
3. Недавно было высказано предположение о том, что если уж в принципе можно представить мост Эйнштейна-Розена, связывающий чёрные дыры, то можно представить и мосты поменьше, связывающие запутанные элементарные частицы и позволяющие этим частицам вести себя одинаково. Вот эта гипотеза и называется ER=EPR.
Сразу оговорюсь, что я ни разу не физик, и всё изложенное почёрпнуто из чтения википедии и статей, на которые она ссылается.
ER=EPR
Недавно с большим интересом открыл для себя физическую гипотезу, известную как ER=EPR. А затем с удивлением обнаружил, что в русскоязычном Интернете крайне мало информации об этой гипотезе, а то, что есть – это в основном переводы (что в принципе тоже неплохо). В чем суть гипотезы?
Согласно англоязычной Википедии, ER=EPR - это гипотеза утверждающая, что две запутанные частицы (так называемая пара Эйнштейна-Подольского-Розена или пара EPR) связаны червоточиной (или мостом Эйнштейна-Розена - ER) и могут быть основой для объединения Общей Теории относительности и Квантовой теории в Теорию всего.
Дело в том, что одной из главных проблем современной физики является несовместимость Теории относительности и Квантовой механики. При этом Теория относительности прекрасно описывает мир в космических масштабах, а Квантовая физика господствует в микромире. Обе концепции отлично работают в своей области, каждая из них как бы описывает свою половину мира, но друг с другом они несовместимы. Кажется, что они не должны существовать вместе в одном реальном мире, но они существуют.
Почему они несовместимы? Теория относительности - это физика непрерывности, это физика единого пространственно-временного континуума, геометрия которого крайне важна, и всё, что связано с этой теорией не может описываться в терминах случайности и вероятности ("Бог не играет в кости" - говорил А. Эйнштейн).
В свою очередь, Квантовая физика - это полная противоположность Теории относительности практически по всем параметрам. Она дискретна (само слово "квант" значит "неделимая порция"), точечна, описывается вероятностями.
Поэтому получается, что, грубо говоря, одна теория гласит, что наш мир - это единая ткань пространственно-временного континуума, а другая - что наш мир - это дискретный квантовый бульон.
Если бы удалось найти такую теорию, которая смогла бы решить это противоречие и объединила бы Теорию относительности и Квантовую механику в единую систему, то такая теория описывала бы мир практически полностью, все 4 фундаментальных физических взаимодействия в единстве и потому такую теорию и называют часто «Теорией всего». Сегодня одним из главных претендентов на роль Теории всего является Теория струн, и гипотеза ER=EPR появилась именно в русле Теории струн. Одним из автор гипотезы ER=EPR является Леонард Сасскинд – собственно один из создателей Теории струн, американский физик.
Л. Сасскинд – весьма интересный современный ученый. Он внес большой вклад в разработку М-теории, голографического принципа, высказывался в защиту Антропного принципа и развивал многомировую интерпретацию квантовой физики Х. Эверетта. Помимо Л. Сасскинда, большой вклад в развитие гипотезы ER=EPR внесли Х. Малдасена и М. ван Раамсдонк.
Развитие гипотезы ER=EPR приводит к грандиозному выводу о том, что геометрия пространства-времени и, как следствие, гравитация определяются запутанностью. Мы, возможно, стоим на пороге открытия новой геометрии, которая покажет механизм превращения отдельных кусочков квантовой информации в плавное, непрерывное пространство-время.
Именно запутанные частицы, соединенные червоточинами и приводят к формированию единой ткани пространства. Без такой связи частиц пространство просто развалилось бы, не могло существовать как единый континуум. Марк ван Раамсдонк так описывал то, как запутанность постепенно создаёт пространство-время: отдельные частицы-точки начинают запутываться друг с другом; эти запутанные пары запутываются с другими парами; по мере запутывания всё большего количества пар появляется структура пространства-времени. Представьте, что у нас есть 8 частиц: A,B,C,D,E,F,G,H. Сначала A запутывается с B, C с D, E с F и так далее. Затем AB запутываются с CD, EF с GH и так далее. Наконец, ABCD запутываются с EFGH и получается единая ткань пространства-времени. По мнению М. ван Раамсдонка, если убрать запутанность, пространство-время просто разваливается, точно также, как жвачка разорвется, если потянуть за разные ее концы.
В ходе своих исследований и размышлений над ER=EPR Л. Сасскинд пришел к еще более удивительным выводам: наша трёхмерная Вселенная во всём её великолепии возникает из двумерного «исходного кода». Вселенная – это голограмма. И М. ван Раамсдонк поддерживает эту идею, утверждая, что искривлённое пространство-время естественным образом возникает из запутанности в тензорных сетях посредством голографии: пространство-время – это геометрическое представление этой квантовой информации.
М. ван Раамсдонк сравнивает этот голографический принцип с двумерным компьютерным чипом, содержащим код для создания трёхмерного виртуального мира в компьютерной игре. По его мнению, мы живём внутри трёхмерного пространства «игры». В каком-то смысле наше пространство иллюзорно и является лишь эфемерным изображением, висящим в воздухе. Ученый считает, что вопрос о сущности пространства и времени кажется философским, однако было бы просто потрясающе найти глубокое физическое объяснение этого вопроса, позволяющее вести математические расчеты. Возможно, именно гипотеза ER=EPR нам и поможет объяснить сущность пространства и времени и хотя бы немного ближе подойти к созданию Теории всего.
В продолжение темы интересно почитать: